Introducción a la Robótica y componentes del robot (2da parte) IAR234 Robótica Introducción a la Robótica y componentes del robot (2da parte)

Dr. Juan José Aranda Aboy Contenidos Accionadores eléctricos: motores y motores de paso a paso. Accionadores neumáticos e hidráulicos. Transmisiones, reductores y frenos. Brazos mecánicos: muñecas, garras y ventosas. Fundamentos del subsistema de control del robot: partes que lo integran. Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Descripción técnica - Parámetros principales Número de ejes ó grados de libertad Espacio de trabajo Cinemática Capacidad de carga (payload) Velocidad Aceleración Precisión Repetitividad Control de movimiento Fuente de energía Manejo Compliance Defining perimeters Number of axes – two axes are required to reach any point in a plane; three axes are required to reach any point in space. To fully control the orientation of the end of the arm (i.e. the wrist) three more axes (roll, pitch and yaw) are required. Some designs (e.g. the SCARA robot) trade limitations in motion possibilities for cost, speed, and accuracy. Degrees of freedom which is usually the same as the number of axes. Working envelope – the region of space a robot can reach. Kinematics – the actual arrangement of rigid members and joints in the robot, which determines the robot's possible motions. Classes of robot kinematics include articulated, cartesian, parallel and SCARA. Carrying capacity or payload – how much weight a robot can lift. Speed – how fast the robot can position the end of its arm. This may be defined in terms of the angular or linear speed of each axis or as a compound speed i.e. the speed of the end of the arm when all axes are moving. Acceleration - how quickly an axis can accelerate. Since this is a limiting factor a robot may not be able to reach it's specified maximum speed for movements over a short distance or a complex path requiring frequent changes of direction. Accuracy – how closely a robot can reach a commanded position. Accuracy can vary with speed and position within the working envelope and with payload (see compliance). It can be improved by Robot calibration. Repeatability - how well the robot will return to a programmed position. This is not the same as accuracy. It may be that when told to go to a certain X-Y-Z position that it gets only to within 1 mm of that position. This would be its accuracy which may be improved by calibration. But if that position is taught into controller memory and each time it is sent there it returns to within 0.1 mm of the taught position then the repeatability will be within 0.1 mm. Motion control – for some applications, such as simple pick-and-place assembly, the robot need merely return repeatably to a limited number of pre-taught positions. For more sophisticated applications, such as welding and finishing (spray painting), motion must be continuously controlled to follow a path in space, with controlled orientation and velocity. Power source – some robots use electric motors, others use hydraulic actuators. The former are faster, the latter are stronger and advantageous in applications such as spray painting, where a spark could set off an explosion; however, low internal air-pressurisation of the arm can prevent ingress of flammable vapours as well as other contaminants. Drive – some robots connect electric motors to the joints via gears; others connect the motor to the joint directly (direct drive). Using gears results in measurable 'backlash' which is free movement in an axis. In smaller robot arms with DC electric motors, because DC motors are high speed low torque motors they frequently require high ratios so that backlash is a problem. In such cases the harmonic drive is often used. Compliance - this is a measure of the amount in angle or distance that a robot axis will move when a force is applied to it. Because of compliance when a robot goes to a position carrying it's maximum payload it will be at a position slightly lower than when it is carrying no payload. Compliance can also be responsible for overshoot when carrying high payloads in which case acceleration would need to be reduced. Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Ejemplo: Robot FANUC LR_Mate_200iC Ver documentación en archivos LR_Mate.pdf y LR_Mate_200iC.pdf Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Configuración básica de un robot Dado el carácter multifuncional de los robots, un mismo robot puede realizar diferentes tareas dentro de una región en el espacio. Los manipuladores robóticos constituyen su parte mecánica y están formados por: Varios elementos rígidos relacionados entre si que permiten su movimiento relativo. Dispositivos para agarre ó sujeción u otra operación relacionada (gripping mechanisms), también conocidos como “manos”, encargados de sujetar u operar piezas ó herramientas. Sistemas motores: eléctricos, neumáticos e hidráulicos, para proporcionar una energía mecánica que se transmite a través de elementos auxiliares tales como correas, engranajes, etc. Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Morfología del robot Sus elementos o eslabones están unidos por articulaciones, presentando similitud anatómica con el brazo humano, lo que caracteriza los tipos de movimiento posibles para dichas articulaciones: Desplazamiento Giro Combinación Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Grados de libertad Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior. Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Estructura ideal de un manipulador Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Robot industrial con seis pares Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Robots redundantes Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Diagramas cinemáticos SCARA configuration Cartesian coordinate robot Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Robot SCARA Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Transmisiones (1) Justificación Reducción del momento de inercia (acercamiento de los actuadores a la base) Conversión lineal- circular y viceversa Características necesarias Tamaño y peso reducido Mínimos juegos u holguras Gran rendimiento No debe afectar al movimiento Capaz de soportar funcionamiento continuo a un par elevado Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Transmisiones (2) Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Sistemas de transmisión para robots Entrada-Salida Denominación Ventajas Desventajas Circular Engranaje - Circular Pares altos Holgura Correa Dentada > distancias - Cadena > distancias Ruido Paralelogramo - Giro limitado Cable - Deformable Circular - Lineal Tornillo sin fin Poca holgura Rozamiento Cremallera Holgura media Rozamiento Lineal - Circular Par. articulado - Difícil control Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Reductores (1) Misión: Adaptar par y velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los eslabones del robot. Específicos para robots (altas prestaciones) Características: Bajo peso, tamaño y rozamiento Capacidad de reducción elevada en un solo paso Mínimo momento de inercia Mínimo juego o Backslash Alta rigidez torsional Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Características de los reductores Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Reductor Harmonic - Driver Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Reductor Cyclo Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Robots de accionamiento directo (DD) Robots de accionamiento eléctrico sin reductores Ventajas: Posicionamiento rápido y preciso Mayor controlabilidad (aunque más compleja) Simplificación del sistema mecánico Desventajas: Necesidad de motores especiales (par elevado a bajas revoluciones con alta rigidez) Reducción de la resolución del codificador de posición Típicos en robots SCARA Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Actuadores Tipos empleados en robótica: Neumáticos (cilindros y motores) Hidráulicos (cilindros y motores) Eléctricos (DC , AC y Motores paso a paso) Características: Potencia Controlabilidad Peso y volumen Precisión Velocidad Coste Mantenimiento Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Características de los actuadores Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Características de los distintos actuadores Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Actuadores neumáticos Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Actuadores eléctricos Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Sensores internos Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Funcionamiento de los sensores internos Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy LVDT e Inductosyn Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Elementos terminales de aprehensión o sujeción Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Manos de sujeción Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Herramientas Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Ejemplo de elementos terminales Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Sistema de control Generalmente se usa un control de tipo Jerárquico con varios estratos o capas. El nivel superior es la interfaz con el operador o máquina periférica. El nivel inferior determina el comportamiento en tiempo real y es el que se estudiará en este curso. Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Sistemas de control del nivel inferior Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Referencias en internet http://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_robots http://en.wikipedia.org/wiki/Articulated_robot http://en.wikipedia.org/wiki/Robotic_arm http://en.wikipedia.org/wiki/SCARA_robot http://en.wikipedia.org/wiki/Gantry_robot http://en.wikipedia.org/wiki/End_effector http://en.wikipedia.org/wiki/Robot_control http://www.peakrobotics.com/What_is_a_SCARA.htm http://www.kuka.com/usa/en/products/industrial_robots/ Ver además: Robots_1993_00031625.PDF Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Vídeos en internet RoboticsTime Actuadores y motores lineales Copley ServoTube http://www.intelligentactuator.com/ix_scara_apps.php Primavera-2008 Dr. Juan José Aranda Aboy